Studi Clinici sul Monocromatismo dei Coni Blu

Il Monocromatismo dei Coni Blu (BCM) può essere un obiettivo per la Gene Augmentation Therapy.
 

La BCM ha una lunga storia di indagini cliniche, elettrofisiologiche e psicofisiche e ci sono ora studi che chiariscono le basi genetiche molecolari che portano alla carenza di proteine opsin nei coni [1,2]. Con la comprensione genetica molecolare della BCM e gli studi di successo sulla terapia genica retinica in altre malattie genetiche, è stato naturale chiedersi se anche la BCM potesse essere un obiettivo per la Gene Augmentaton Therapy. Questo doveva essere determinato e non semplicemente assunto. La domanda specifica era se ci fosse una struttura sufficiente nei coni L / M (rosso / verde) dei pazienti con BCM affinchè la Gene Augmentation Therapy potesse avere un effetto nell’uomo. Un gruppo di pazienti con BCM, con mutazioni di tipo ‘delezione’ che coinvolgono geni degli opsin dei coni L / M e / o i loro elementi regolatori a monte, sono stati studiati in dettaglio mediante metodi di imaging ottico e sono state fornite prove dell’esistenza di un numero ridotto di cellule residue per i coni L / M, che presentano anomalie ma che posseggono segmenti esterni rilevabili nella zona centrale della retina [3]. Si è concluso che potrebbe esserci un potenziale valore nella terapia genica della BCM, benché la fragile struttura centrale della retina nella BCM, renderebbe l’iniezione sub-foveale (un metodo di iniezione del gene che è comune per la “retina esterna”) una scelta meno attrattiva rispetto, ad esempio, ad una terapia intra-vitreale. Una limitazione dell’approccio intra-vitreale in una patologia dei coni della retina è che l’unica area della retina a ricevere il trattamento sarebbe, probabilmente, la regione foveale. Intanto, un passo alla volta, è stato dimostrato che BCM è un obiettivo reale per il trattamento genetico.

 

Siamo in grado di utilizzare test clinici convenzionali per monitorare gli effetti di una terapia in BCM?

I parametri di sicurezza, gli esiti primari della fase iniziale di uno studio clinico, monitorerebbero la tossicità sistemica e oculare e includerebbero esami oculistici di routine e il metodo di imaging noto come tomografia ottica a radiazione coerente (OCT). Jacobson cross-sectional imaging 2016 Quest’ultimo metodo potrebbe anche essere utilizzato per acquisire immagini utili per la selezione di candidati con strato nucleare di fotorecettori foveali e struttura del segmento esterno dei coni rivelabili [3]. Gli esiti secondari sull’efficacia della terapia includono, ovviamente, misurazioni dell’eventuale aumento dell’acuità visiva.

Oltre all’acuità visiva, ci chiediamo se gli strumenti e le tecniche attualmente disponibili nella maggior parte delle cliniche per misurare la vista, che sono in grado di produrre risultati sufficientemente chiari, potrebbero essere utilizzati nella misura dei risultati di efficacia di una delle fasi iniziali del trial clinico sulla BCM? Un gruppo di pazienti è stato recentemente studiato per formulare come valutare l’esito della terapia con misure (in aggiunta all’acuità visiva) che potrebbero rilevare un miglioramento nella vista dovuta ai coni L / M (rosso / verde) [4]. Un metodo standard per isolare la funzione visiva del cono è l’utilizzo di una luce di fondo sufficientemente luminosa da desensibilizzare i bastoncelli, per la visione notturna, ma con influenza minima sui coni. Un risultato non scontato è stato ottenuto quando ai pazienti con BCM è stato chiesto di identificare gli stimoli L / M su questo sfondo luminoso standard. thumbnail_Jacobson blue-cone perimetry 2016Gli obiettivi erano visti dal sistema di bastoncelli; stimoli a lunghezza d’onda più corta venivano osservati dal sistema dei coni S- (blu) e dal sistema visivo dei bastoncelli, a seconda della posizione retinica e del paziente. La luce di fondo standard è la luminanza di un foglio bianco in una tipica illuminazione interna, ed è stato inatteso osservare la visione notturna conservata in condizioni di visione diurna, in pazienti con BCM. L’esistenza di bastoncelli funzionanti (in aggiunta ai coni-S) spiega, probabilmente, la normale, o quasi normale, estensione del campo visivo cinetico (rappresentata sulla luce di fondo standard) nei pazienti con BCM. Si può concludere che la perimetria cinetica (con stimoli di grandi dimensioni e lo sfondo standard) non è indicata come risultato dell’efficacia sul funzionamento dei coni di L / M, in uno studio clinico sulla BCM. Risultati con perimetria statica computerizzata con stimoli bianchi e stimoli di 600 nm (arancione) su una luce di fondo erano significativamente anormali in tutti i pazienti con BCM ma è stato dimostrato che la perimetria statica in condizioni di adattamento alla luce, con stimoli bianchi, era probabilmente guidata dalla combinazione di bastoncelli e coni-S, mentre la visibilità di stimoli da 600 nm era garantita dai bastoncelli. Tali risultati hanno dimostrato ancora una volta che gli usuali test clinici potrebbero essere ingannevoli e confondere non solo i risultati della visione di base, ma anche gli esiti di uno studio clinico in pazienti con BCM.

I pazienti con BCM, una volta adattati al buio, hanno mostrato grandi perdite di sensibilità a lunghezze d’onda più lunghe ma non a medie lunghezze d’onda, nella retina centrale. Questo tipo di test di soglia su soggetti adattati al buio utilizzando due colori, e analizzando la retina centrale, può essere quindi considerato come indicatore di un risultato (presupponendo che i coni L / M foveali vengano trattati con un’iniezione intra-vitreale) in cui un miglioramento della funzione dei coni L / M, dovrebbe risultare in un miglioramento delle soglie alle quali si apprezza lo stimolo di lunghezza d’onda lunga mentre le soglie della lunghezza d’onda media dovrebbero restare invariate. Allo stesso modo, è stato utilizzato un nuovo metodo di micro-perimetria cromatica per misurare la funzione visiva nella fovea anatomica, sottoposta a test in tempo reale con tracciamento retinico. I risultati hanno mostrato che con sfondi colorati e stimoli di colori differenti, la perdita sostanziale della funzione dei coni L / M potrebbe essere isolata. Questo è stato il preludio allo sviluppo della misura di efficacia descritta nella sezione che segue.

Secondo le osservazioni cliniche, le anomalie del movimento oculare (nistagmo) potrebbero variare da lievi a gravi nei pazienti con BCM e sono stati segnalati come non evidenti in alcuni pazienti adulti. Raramente, le analisi delle registrazioni del movimento oculare hanno mostrato nistagmo pendolare di varie ampiezze, e la posizione di fissazione, quando quantificata, è risultata essere foveale o para-foveale. Poiché in alcune condizioni le caratteristiche del movimento oculare sono fortemente influenzate dal feedback visivo, le registrazioni del movimento oculare nei pazienti con BCM sono state eseguite sotto attento controllo dell’ambiente visivo [4]. Gli occhi erano adattati al buio e ai pazienti veniva richiesto di fissare un singolo bersaglio visibile, stazionario, nell’oscurità; la posizione di fissazione e la sua stabilità sono state registrate con una visione a infrarossi della retina. Anomalie oculomotorie sono state riscontrate con componenti pendolari e a scatti, lungo direzioni orizzontali, diagonali e verticali; l’ampiezza dei movimenti oculari potrebbe estendersi ad un ampio intervallo e la posizione media della fissazione potrebbe essere centrata sulla fovea o sulla para-fovea. Registrazioni quantificabili come quelle che sono state eseguite, sono molto importanti per ottenere trattamenti diretti alla regione foveale, poiché un aumento della sensibilità del coni L / M potrebbe apportare modificazione del punto di fissazione e della stabilità della stessa.

Sono necessari ulteriori studi per definire la variabilità delle misure sopra menzionate che potrebbero essere utilizzate come risultati nelle sperimentazioni future sul trattamento della BCM.

 

Un sistema moderno per determinare la risoluzione spaziale dei coni mediante visualizzazione del fondo in uno studio clinico BCM: studi di fattibilità.

Sarebbe un vantaggio, in un trial clinico sulla BCM, essere in grado di misurare la risoluzione spaziale non solo studiando l’acuità visiva. Le lettere standard ad alto contrasto, in condizioni di visione libera, vengono solitamente utilizzate per valutare il potere risolutivo del sistema dei coni L/M. Nel BCM, tuttavia, i fotorecettori a bastoncello (e talvolta i coni S) possono dominare bassi livelli di visione anche nelle condizioni diurne (vedi sopra). Uno degli scopi del trattamento della BCM è di migliorare la visione guidata dai coni L/M. Dobbiamo anche essere pronti alla possibilità che le terapie in fase iniziale possano portare a miglioramenti incrementali e la rilevazione di tali miglioramenti, nel contesto della visione originaria di questi pazienti, richiederà misure specifiche.

thumbnail_Jacobson BCM outcome 2016

Molto recentemente, la modifica di uno strumento disponibile è stata utilizzata per soddisfare le esigenze specifiche della BCM – si è raggiunto il corretto intervallo di valori di luminanza e cromaticità che lo ha reso utile nella misura degli esiti del trattamento [5]. Inoltre, lo strumento era un perimetro del fondo (chiamato anche microperimetro), i.e. consentiva la visualizzazione del fondo durante le misurazioni della risoluzione spaziale, assicurando in tal modo che lo stimolo si trovasse nella regione retinica di interesse. In studi preliminari su un paziente con BCM, sono state usate griglie rosse su sfondi blu luminosi che non erano rilevabili anche ai livelli di contrasto più alti. Questo era coerente con la fisiopatologia attesa per la BCM. Griglie blu su sfondi giallo brillante hanno reso possibile intercettare percezioni provenienti da coni S e sono state in questo modo rilevate.

Le conclusioni, a oggi, sono che lo strumento per la microperimetria del fondo modificato ha fornito un promettente primo passo verso la presentazione di stimoli diversi con una vasta gamma di luminanza e cromaticità e un preciso controllo spaziotemporale relativo alle funzioni della retina nei pazienti con BCM [5]. Ulteriori passi avanti devono ancora essere fatti per studiare una vasta gamma di pazienti con BCM e determinare quale sia la variabilità da visita a visita in previsione dello sviluppo di un protocollo per uno studio clinico.

 

Bibliografia

1. Nathans J, Davenport CM, Maumenee IH, Lewis RA, Hejtmancik JF, Litt M, Lovrien E, Weleber R, Bachynski B, Zwas F, Klingaman R, Fishman G (1989) Molecular genetics of human blue cone monochromacy. Science 245: 831-8.

2. Nathans J, Maumenee IH, Zrenner E, Sadowski B, Sharpe LT, Lewis RA, Hansen E, Rosenberg T, Schwartz M, Heckenlively JR, Traboulsi E, Klingaman R, Bech-Hansen NT, LaRoche GR, Pagon RA, Murphey WH, Weleber RG (1993) Genetic heterogeneity among blue-cone monochromats. Am J Hum Genet. 53(5):987-1000.

3. Cideciyan AV, Hufnagel RB, Carroll J, Sumaroka A, Luo X, Schwartz SB, Dubra A, Land M, Michaelides M, Gardner JC, Hardcastle AJ, Moore AT, Sisk RA, Ahmed ZM, Kohl S, Wissinger B, Jacobson SG. (2013) Human cone visual pigment deletions spare sufficient photoreceptors to warrant gene therapy. Hum Gene Ther 24: 993-1006.

4. Luo X, Cideciyan AV, Iannaccone A, Roman AJ, Ditta LC, Jennings BJ, Yatsenko SA, Sheplock R, Sumaroka A, Swider M, Schwartz SB, Wissinger B, Kohl S, Jacobson SG. (2015) Blue cone monochromacy: visual function and efficacy outcome measures for clinical trials. PLoS One. 10(4):e0125700.

5. Cideciyan AV, Roman AJ, Jacobson SG, Yan B, Pascolini M, Charng J, Pajaro S, Nirenberg S. (2016) Developing an outcome measure with high luminance for optogenetics treatment of severe retinal degenerations and for gene therapy of cone diseases. Invest Ophthalmol Vis Sci. 57(7):3211-21.